DE10003064A1

DE10003064A1 - Schutzvorrichtung für einen elektrischen Verbraucher

Info

Publication number: DE10003064A1
Application number: DE10003064A
Authority: DE
Original assignee: Wacker Werke GmbH and Co KG
Current assignee: WACKER CONSTRUCTION EQUIPMENT AG, 80809 MUENCHEN, DE
Priority date: 2000-01-25
Filing date: 2000-01-25
Publication date: 2001-08-02
Anticipated expiration: 2020-01-26
Also published as: US6735066B2; DE50100651D1; US20030011950A1; WO2001056129A1; JP2003521207A; EP1252695B1; ES2206397T3; DE10003064C2; EP1252695A1

Abstract

Bei einer Schutzvorrichtung für einen elektrischen Verbraucher (6) ist in einer elektrischen Zuleitung (2) zwischen einem Netzanschluß (1) und einer Schalteinrichtung (3) des Verbrauchers (6) ein Fehlerstrom-Schutzschalter (7) angeordnet. Der Fehlerstrom-Schutzschalter (7) weist eine Detektionseinrichtung zum Erkennen eines Fehlerstroms auf sowie einen ersten Unterbrecher (8) zum Unterbrechen einer Stromzufuhr vom Netzanschluß (1) zur Schalteinrichtung (3), in Abhängigkeit von einem Schaltsignal von der Detektionseinrichtung. Für den Fall, daß in der Schalteinrichtung (3) ein elektrischer Energiespeicher vorhanden ist, ist ein zweiter, von dem Fehlerstrom-Schutzschalter (7) angesteuerter Unterbrecher (9) vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für einen elektrischen Ver braucher gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Elektrowerkzeuge, wie z. B. Handbohrmaschinen, werden häufig doppelt schutzisoliert ausgeführt, d. h., daß neben einer Primärisolation im Motor selbst eine weitere zweite Isolation, z. B. in Form eines isolierenden Gehäuses, vor gesehen wird. Es sind jedoch auch elektrische Maschinen bekannt, bei denen eine doppelte Schutzisolierung nicht möglich ist, weil z. B. das äußere Gehäuse aus Metall bestehen muß. Um hierbei die erforderliche Sicherheit für den Bedie ner zu gewährleisten, werden häufig sogenannte Fehlerstrom-Schutzschalter, wie z. B. allgemein bekannte FI-Schalter, vorgesehen, die in der Lage sind, einen Fehlerstrom zu detektieren und gegebenenfalls sofort die Stromzufuhr zu dem Elektrogerät zu unterbrechen. In einigen Ländern besteht daher die Vorschrift, derartige Schutzschalter in Schaltschränken und Verteilern vorzusehen. In den meisten Ländern jedoch besteht eine derartige Vorschrift nicht.

Die dadurch entstehenden Probleme können teilweise durch eine Schutzeinrich tung (Personenschutzschalter PRCD-S der Fa. KOPP) gelöst werden, mit der ein Fehlerstrom-Schutzschalter in die Zuleitung zum Verbraucher eingebaut werden kann.

Des weiteren sind elektrische Geräte bekannt, bei denen die von außen über einen Netzanschluß zugeführte elektrische Energie in einem Energiespeicher, z. B. einem Kondensator, der z. B. Bestandteil eines Frequenzumformers sein kann, zwischengespeichert und erst mit zeitlicher Verzögerung weitergeleitet wird. Bei derartigen Geräten kann die Schutzwirkung durch den Fehlerstrom- Schutzschalter versagen, da die Energiespeicher oft mit einer derart hohen Kapazität ausgestattet sind, daß sie - trotz unterbrochener Stromzuführung von außen - noch genügend Energie speichern, um den Bediener ernsthaft zu gefähr den. Das bedeutet, daß auch bei im Stromverteiler vorgesehenem Fehlerstrom- Schutzschalters ein voll wirksamer Schutz des Bedieners nicht immergewähr leistet werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzvorrichtung für einen elektrischen Verbraucher anzugeben, die das Entstehen von Fehlerströmen wirksam auch dann vermeidet, wenn keine entsprechende Schutzeinrichtung im Stromnetz vorhanden ist bzw. das den elektrischen Verbraucher aufweisende Gerät mit einem Energiespeicher versehen ist, in dem der vom Netz zugeführte Strom zwischengespeichert wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Schutzvorrichtung mit den Merk malen von Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfin dung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Bei der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung ist in einer einen Netzanschluß mit einem elektrischen Verbraucher verbindenden Zuleitung ein Fehlerstrom- Schutzschalter zwischen dem Netzanschluß und einer Schalteinrichtung angeordnet. Der Fehlerstrom-Schutzschalter weist eine Detektionseinrichtung zum Erkennen eines Fehlerstroms auf, sowie einen ersten Unterbrecher zum Unterbrechen einer Stromzufuhr vom Netzanschluß zur Schalteinrichtung in Abhängigkeit von einem Schaltsignal von der Detektionseinrichtung. Weiterhin ist stromab von dem ersten Unterbrecher, näher beim Verbraucher, ein zweiter Unterbrecher vorgesehen, der durch das Schaltsignal von der Detektionseinrich tung schaltbar ist. Vorteilhafterweise ist der erste Unterbrecher derart angeord net, daß er die Stromzufuhr vom Netzanschluß zu dem Fehlerstrom-Schutz schalter unterbrechen kann. Da der zweite Unterbrecher näher am Verbraucher angeordnet ist, schützt er diesen und den Bediener besser, als das durch den ersten Unterbrecher allein möglich ist. Dies gilt insbesondere dann, wenn der zweite Unterbrecher auf elektronischem Wege die Stromzufuhr trennt.

Indem auf diese Weise im Bereich der Stromzuleitung zu dem elektrischen Gerät bzw. direkt am Netzstecker der Fehlerstrom-Schutzschalter angeordnet wird, kann er bei Feststellen eines Fehlerstroms sofort den elektrischen Verbraucher und damit das gesamte elektrische Gerät stromlos schalten. Dadurch kann fast das gesamte Gerät vor Fehlerströmen geschützt werden, auch wenn in den zum Netz gehörenden Stromverteilern kein Fehlerstrom-Schutzschalter vorhanden ist.

Die Bereitstellung des zweiten Unterbrechers eignet sich besonders für elektri sche Geräte, bei denen ein Energiespeicher zum Zwischenspeichern von elektri scher Energie im Bereich der Schalteinrichtung, z. B. als Bestandteil eines Frequenzumformers vorgesehen ist. Wie oben bereits dargelegt, besteht bei derartigen Energiespeichern die Gefahr, daß sie trotz unterbrochener Netzstrom zufuhr genug Energie speichern können, um den Bediener durch Fehlerströme zu gefährden. Dieses Problem kann auch dann noch bestehen, wenn bereits der erste Unterbrecher aktiviert worden ist.

Der Energiespeicher ist z. B. zwischen dem Fehlerstrom-Schutzschalter und der Schalteinrichtung angeordnet. Durch den zweiten Unterbrecher kann jeglicher Stromfluß zu oder vom Energiespeicher unterbrochen werden. Die Detektions einrichtung ist somit in der Lage, über das Schaltsignal nicht nur den ersten Unterbrecher anzusteuern, der das elektrische Gerät vom Netz nimmt, sondern auch den zweiten Unterbrecher, der möglichst dicht bei dem Energiespeicher angeordnet werden sollte. Tritt in diesem Fall z. B. an dem elektrischen Ver braucher ein Fehlerstrom auf, wird die Verbindung zum Netz, die Verbindung zum Energiespeicher und die Verbindung des Energiespeichers zum Ausgang des Leistungsteils (z. B. Endstufe eines Frequenzumformers) unterbrochen. Die im Energiespeicher gespeicherte Energie kann nicht mehr entweichen, wodurch eine Gefährdung des Bedieners ausgeschlossen wird.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der erste und/ oder der zweite Unterbrecher nur dann geschlossen, wenn das Schaltsignal anliegt. Bei fehlendem Schaltsignal wird die elektrische Verbindung getrennt. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Fehlerstrom-Schutzschalter ordnungs gemäß funktioniert und auch nicht vom Gerät entfernt worden ist. Bei fehlen dem Fehlerstrom-Schutzschalter ist eine Inbetriebnahme des Geräts ausge schlossen.

Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Beispiels unter Zuhilfenahme der begleitenden Figur näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt als Beispiel für ein elektrisches Gerät einen Innenrüttler zur Verdichtung von noch flüssigem Beton.

Der elektrische Strom wird an einem als Netzanschluß dienenden Netzstecker 1 in das Gerät eingeleitet und über eine Zuleitung 2 zu einer Schalteinrichtung 3 geführt. Die Schalteinrichtung 3 weist wenigstens einen Ein/Aus-Schalter 4 auf. Bei dem gezeigten Beispiel ist weiterhin in der Schalteinrichtung 3 ein nicht dargestellter, an sich bekannter Frequenzumformer mit einem als Energie speicher dienenden Elektrolytkondensator vorgesehen.

Die Zuleitung 2 verläßt dann die Schalteinrichtung 3 und wird - ummantelt von einem Schutz- und Bedienungsschlauch 5 - zu einer Rüttelflasche 6 geführt. In der Rüttelflasche 6 ist ein als elektrischer Verbraucher dienender langgestreck ter Elektromotor untergebracht, der eine ebenfalls in der Rüttelflasche 6 ange ordnete Unwucht drehend antreibt, wodurch die für die Betonverdichtung erfor derlichen Schwingungen des Rüttlers erzeugt werden können. Der Bediener führt dann die Rüttelflasche 6 an dem Schutz- und Bedienungsschlauch 5.

Der bisher beschriebene Innenrüttler ist allgemein bekannt und hat sich im harten Baustellenbetrieb bereits bestens bewährt.

Neu ist an dem in der Figur gezeigten Innenrüttler ein in einem Gehäuse unterge brachter Fehlerstrom-Schutzschalter 7, der z. B. durch einen an sich bekannten FI-Schalter realisiert sein kann.

Bei einem derartigen FI-Schalter sind die Stromhin- und die Stromrückleitung gemeinsam von einem Eisenkern umgeben, der die magnetische Feldstärke der Leiter überwacht. Wenn der Stromhinleiter aufgrund eines Fehlerstroms einen stärkeren Strom führt, als der Stromrückleiter, entsteht trotz der Überlagerung der magnetischen Felder der beiden Leiter ein Differenzmagnetfeld, das durch den Eisenkern detektiert und dann in einer weiteren, an sich bekannten Schal tung in ein Schaltsignal gewandelt wird, das z. B. einem als Unterbrecher die nenden Relais zur Unterbrechung der Stromzufuhr zugeführt wird.

Der Fehlerstrom-Schutzschalter 7 besteht demnach aus einer Detektionseinrich tung, die das Vorhandensein eines Fehlerstroms erkennt und daraufhin ein Schaltsignal erzeugt bzw. ein vorhandenes Signal unterbricht, sowie einem ersten Unterbrecher 8, der die Stromzufuhr vom Netzstecker 1 zum Fehler strom-Schutzschalter 7 unterbricht und damit den gesamten Innenrüttler stromlos macht. Auf diese Weise kann insbesondere bei Anlagen, bei denen kei ne FI-Schalter in Schaltschränken oder Verteilern vorgesehen sind, eine Gefähr dung des Bedienpersonals durch Fehlerströme reduziert werden.

Wie bereits beschrieben, weist der Innenrüttler in der Schalteinrichtung 3 einen Frequenzumformer auf, der einen Energiespeicher in Form eines Kondensators umfaßt. Auch wenn ein Fehlerstrom z. B. durch Abisolation der Zuleitung 2 in der Nähe der Rüttelflasche 6 auftritt und daraufhin der Fehlerstrom-Schutz schalter 7 das Gerät vom Netz nimmt, reicht die in dem Energiespeicher gespei cherte Energie aus, um weiterhin einen Fehlerstrom zu generieren, der den Bediener gefährden kann.

Um eine derartige Gefährdung zu vermeiden, ist ein zweiter Unterbrecher 9 vor gesehen, mit dem der Energiespeicher von den restlichen elektrischen Bautei len, insbesondere der Zuleitung 2, abgetrennt werden kann. Der zweite Unter brecher 9 wird ebenfalls über das Schaltsignal von der Detektionseinrichtung des Fehlerstrom-Schutzschalters 7 angesteuert und gewährleistet dadurch, daß bei Auftreten eines Fehlerstroms und der nachfolgenden Unterbrechung die Energie des Energiespeichers nicht abgegeben werden und somit den Bediener nicht gefährden kann. Der zweite Unterbrecher 9 sollte dabei derart aufgebaut sein, daß er den Energiespeicher vollständig von der Umgebung abtrennen kann, um auch ein Rückfließen des Stroms, z. B. in Richtung des Fehlerstrom- Schutzschalters 7, zu vermeiden. Um ein schnellstmögliches Ansprechen des zweiten Unterbrechers 9 zu erreichen, sollte er in dem Fachmann geläufiger Weise durch elektronische Bauteile realisiert werden.

Für die Zuführung des Schaltsignals von dem räumlich entfernten Fehlerstrom- Schutzschalter 7 zum zweiten Unterbrecher 9 ist eine Datenübertragungsstrecke vorgesehen. Diese kann z. B. aus einem oder mehreren parallel zur Zuleitung 2 verlaufenden Kabeln bestehen. Es ist aber auch möglich, ein auf den elektri schen Strom in der Zuleitung 2 aufmoduliertes Signal zu generieren oder eine kurze Unterbrechung der Stromzufuhr im Bereich von wenigen Millisekunden zu erzeugen, die von dem zweiten Unterbrecher 9 als Steuerimpuls verstanden wird. Schließlich ist auch noch eine Übertragung des Steuersignals mittels Lichtwellenleiter, Funksignalen oder jeder anderen Art von bekannter Signal übertragung denkbar.

Bei einer besonders sicheren Variante erlauben der erste und der zweite Unter brecher 8, 9 lediglich dann einen Stromfluß, wenn das Schaltsignal auf einem hohen Pegel liegt. Fällt das Schaltsignal ab oder fehlt es ganz, z. B. wenn un befugterweise der Fehlerstrom-Schutzschalter 7 vom Gerät entfernt worden ist, unterbinden die Unterbrecher 8, 9 eine Stromzufuhr. Durch eine derartige "Fail safe"-Funktion läßt sich der Innenrüttler nur bei ordnungsgemäß funktionieren dem Fehlerstrom-Schutzschalter in Betrieb nehmen.

Claims

1. Schutzvorrichtung für einen elektrischen Verbraucher (6) mit

- einem Netzanschluß (1);
- einer Zuleitung (2) vom Netzanschluß (1) zum Verbraucher (6); und mit
- einer in der Zuleitung (2) vorgesehenen Schalteinrichtung (3) zum Ein- und Ausschalten des Verbrauchers (6); wobei
- in der Zuleitung (2) zwischen dem Netzanschluß (1) und der Schalt einrichtung (3) ein Fehlerstrom-Schutzschalter (7) angeordnet ist;
- der Fehlerstrom-Schutzschalter (7) eine Detektionseinrichtung zum Erkennen eines Fehlerstroms aufweist, sowie einen ersten Unterbrecher (8) zum Unterbrechen einer Stromzufuhr vom Netzanschluß (1) zur Schalteinrichtung (3) in Abhängigkeit von einem Schaltsignal von der Detektionseinrichtung; und wobei
- stromab von dem ersten Unterbrecher (8), näher bei dem Verbraucher (6), ein zweiter Unterbrecher (9) vorgesehen ist, der durch das Schaltsignal von der Detektionseinrichtung schaltbar ist.

2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Unterbrecher (8) zum Unterbrechen einer Stromzufuhr vom Netzanschluß (1) zum Fehlerstrom-Schutzschalter (7) dient.

3. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Fehlerstrom-Schutzschalter (7) im Bereich des Netz anschlusses (1) angeordnet ist.

4. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß zwischen dem Fehlerstrom-Schutzschalter (7) und der Schalt einrichtung (3) ein Energiespeicher zum Zwischenspeichern von über den Netz anschluß zugeführter elektrischer Energie angeordnet ist.

5. Schutzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Energiespeicher der zweite Unterbrecher (9) angeordnet ist, durch den jeg licher Stromfluß zu und/oder vom Energiespeicher unterbrochen werden kann.

6. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der Energiespeicher Bestandteil eines Frequenzumformers ist.

7. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der zweite Unterbrecher (9) beim Verbraucher (6) angeordnet ist.

8. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß das Schaltsignal über eine Datenübertragungsstrecke von der Detektionseinrichtung zum zweiten Unterbrecher (9) übertragbar ist.

9. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß bei fehlendem Schaltsignal die elektrische Verbindung durch den ersten und/oder den zweiten Unterbrecher (8, 9) getrennt wird.

10. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß der zweite Unterbrecher (9) ein elektronischer Unterbrecher ist.